脊索动物（学名：Chordata），动物界中生态位处于最顶端的一门，此类动物具有脊索，或在演化过程中退化而被脊椎取代。脊索动物现存约6.6万种，为动物界第三大门，物种多样性仅次于节肢动物门和软体动物门。现分为头索动物、被囊动物（旧称尾索动物）、脊椎动物和古虫动物（已灭绝）4个亚门，其中以脊椎动物种类最多且身体构造最为复杂完善。少数学者提出将半索动物门也置于脊索动物门下，并命名为口索动物亚门。

平常所说的脊椎动物学，一般是指研究脊索动物的动物学分支，而不单指研究脊椎动物。

主要特征

脊索动物的普遍特征包括：在生命中的一定阶段具有脊索、中空的背神经索、咽鳃裂以及肛后尾。被囊动物（尾索动物）的幼体具有脊索和神经索，但在成体中消失；头索动物终身保留脊索和神经索；而在进化程度最高的脊椎动物中，脊索由骨质脊柱取代。

1. 具有脊索。脊索是位于消化道的背面、神经管的腹面的一条纵走棒状物。在胚胎发育过程中，由原肠背侧的一部分细胞离开肠管而形成；由许多内部富有液泡的细胞构成，外围一层或两层结缔组织鞘，称为脊索鞘。脊索既有弹性，又很结实，起支撑身体的作用。低等脊索动物终身有脊索，有的类群脊索仅见于幼体，高等类群只在胚胎期间出现脊索，成长后即由分节的脊柱取代。
2. 具有背神经管。神经系统的中枢部分，呈管状，位于身体的背中线上，脊索的背面。背神经管由胚胎背部的外胚层凹陷形成，管内充满脑脊髓液。高等类群的背神经管分化为脑和脊髓两部分。
3. 具有咽鳃裂。消化管前端咽部两侧左右成对排列的数目不等的裂孔。咽鳃裂直接或间接与外界相通，其间的咽壁上着生充满血管的鳃。在低等类群中终身存在，高等类群仅出现于胚胎期或幼体期（如蝌蚪），成体期完全消失。

脊索动物还有一些次要特征。例如：心脏如存在，总是位于消化道的腹面；循环系统为密闭式(尾索动物例外)；大多数脊索动物血液具红细胞；其中的血红蛋白是高效能氧的运载者；内骨骼；尾部如存在，总是在肛门的后方，构成特有的肛后尾。

索动物还有一些性状与高等的非脊索动物相同，如后口、三胚层、次级体腔、两侧对称和分节现象等，说明脊索动物是由非脊索动物进化而来。

起源和进化

脊索动物的假想祖先，可能是一种蠕虫状的后口动物，具有脊索动物的三大主要特征，出现于古生代的早期，距今有5亿年左右。称为原始无头类。原始无头类继续发展进化 ，成为原始有头类，即脊椎动物的祖先。一部分特化为旁支，演变成现在的尾索动物和头索动物。

下级分类

以下列表参考自英国古生物学家迈克尔·本顿（Michael Benton）所著的《古脊椎动物学 (本顿)》（Vertebrate Palaeontology）(book)，脊椎动物以外的类群参考自美国暨加拿大鱼类学家约瑟夫·席瑟·纳尔逊（Joseph S. Nelson）所著的《世界鱼类》。虽然该分类体系为反映演化关系而采用支序分类法，但也保留了林奈分类法中使用的传统分类等级。

脊索动物门

†古虫动物亚门? Vetulicolia

头索动物亚门 Cephalochordata（文昌鱼类，现存约30种）

• 头索纲 Leptocardii

嗅球类 Olfactores

被囊动物亚门 Tunicata（旧称尾索动物亚门 Urochordata，现存约3000种）

• 海鞘纲 Ascidiacea
• 樽海鞘纲 Thaliacea
• 尾海鞘纲 Appendicularia（旧称幼形纲 Larvacea）
• 深水海鞘纲 Sorberacea

脊椎动物亚门 Vertebrata（即有头动物 Craniata，现存60000余种）

• 无颌总纲 Agnatha（并系群，现存100余种）
• 圆口纲 Cyclostomata
  • 盲鳗亚纲 Myxini（现存65种）
  • 七鳃鳗亚纲 Petromyzontida（= Hyperoartia，现存38种）
• †牙形石纲 Conodonta
  • †昆明鱼目 Myllokunmingiida
• †鳍甲鱼纲 Pteraspidomorphi
• †花鳞鱼纲 Thelodonti
• †缺甲鱼纲 Anaspida
• †头甲鱼纲 Cephalaspidomorphi

• 有颌下门 Gnathostomata

• †盾皮鱼纲 Placodermi（古生代的一支披甲鱼类，与有颌下门的其他所有类群为并系关系）
• †棘鱼纲 Acanthodii（古生代的一类体表带刺的鲨鱼，与软骨鱼纲为并系关系）
• 软骨鱼纲 Chondrichthyes（现存1000余种）
• 硬骨鱼纲 Osteichthyes
  • 辐鳍鱼亚纲 Actinopterygii（也称条鳍鱼，现存30000余种）
  • 肉鳍鱼亚纲 Sarcopterygii（也称总鳍鱼；在不含四足类的情况下，现存8种）

• 四足总纲 Tetrapoda（此级以下遵循迈克尔·本顿在2004年的分类，糅合了林奈分类法与支序分类法，在保留分类等级的同时，也反映了系统演化关系。本顿将四足总纲归入肉鳍鱼亚纲，以反映四足类直接演化自肉鳍鱼类，尽管前者被赋予了更高的分类等级。
• 两栖纲 Amphibia（现存8300余种）
• 羊膜动物 Amniota
• 蜥形纲 Sauropsida（包括爬行类和鸟类，前者现存11300余种，后者现存18000余种）
• 合弓纲 Synapsida（侏罗纪以后演化为哺乳纲 Mammalia，现存5700余种）